(57)【要約】【課題】  潤滑または冷却のため、流体を圧送する流路がスペース効率よく構成されたポンプ装置を提供する。【解決手段】  内部に流体室１５が形成され、流体室１５を流れる流体を吸入口１１ａより吸入し、吐出口１５ｃより吐出するポンプハウジング１１と、モータハウジング１２と、一端側がポンプハウジング内に突出して、インペラ１６が取り付けられると共に、他端側がモータハウジング内で回転自在に軸支されるシャフト２１と、ポンプハウジング１１とモータハウジング１２との間に配設されると共にシャフト２１を回転自在に軸支する軸受部を備える軸受板１３とを備えるポンプ装置１０において、軸受板１３の内部に流体室１５ｂからシャフト２１の周囲へと流体を導く流路３１が形成され、流路３１は流体室１５ｂに面する開口を備えると共に、開口と軸受部１６ａとの間を連通する構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体室が形成され、該流体室を流れる流体を吸入口より吸入し、吐出口より外部に吐出するポンプハウジングと、
内部にステータを有するモータハウジングと、
一端が前記ポンプハウジング内に突出してインペラが取り付けられ、他端が前記モータハウジング内で回転自在に軸支されるシャフトと、
該シャフトに取り付けられて、前記ステータと対向配置されるマグネットと、
前記ポンプハウジングと前記モータハウジングとの間に配設されると共に、前記シャフトを回転自在に軸支する軸受部を有する軸受板とを備えたポンプ装置において、
前記軸受板の内部に前記流体室から前記シャフトの周囲へと流体を導く第１流路が形成され、該第１流路は前記流体室に面する開口を備え、該開口と前記軸受部との間を連通したことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記開口は、前記ポンプハウジング内で流体の圧力が高圧となる高圧部に形成したことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記開口にフィルタを備えたことを特徴とする請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
内部に流体室が形成され、該流体室を流れる流体を吸入口より吸入し、吐出口より外部に吐出するポンプハウジングと、
内部にステータを有するモータハウジングと、
一端が前記ポンプハウジング内に突出してインペラが取り付けられ、他端が前記モータハウジング内で回転自在に軸支されるシャフトと、
該シャフトに取り付けられて、前記ステータと対向配置されるマグネットとを備えたポンプ装置において、
前記インペラは径方向において流体を内径へと導く第２流路が形成されると共に、該第２流路に連通し、流体を前記シャフトの端部に導く第３流路が前記シャフトに形成され、前記第２流路の流体を導入する導入口にはフィルタが設けられることを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
前記第２流路は、前記インペラのブレードを支持する基部に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動によりインペラを回転させ、流体を圧送するポンプ装置に関するものであり、特に、インペラを回転させるシャフトの周囲に異物の混入を防止したポンプ装置の構造に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポンプ装置はインペラの回転を利用して、吸入口から冷却や潤滑を行う流体を、閉ループの循環経路内で循環させることにより、所定部位の冷却および潤滑を行う為に利用される。この様なポンプ装置は、ケーシング内にインペラを備え、インペラはシャフトによって回転自在にケーシングに支持され、シャフトの回転によりインペラを回転させることによって、流体を吸い込む吸入側（給水側）の流体を、インペラの回転を利用して吐出側へと供給し、循環経路内で流体を循環させるポンプ装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この特許文献１に示される装置では、インペラを支持するシャフトはケーシングに形成された軸受部にて回転自在に軸支される。その軸受部に吐出側の高圧となった流体を供給できる様に、吐出側と軸受部とをケーシング外で配管により接続して、インペラを軸支する軸受部に対して、吐出側の高圧となった流体の一部を供給している。
【特許文献１】特開平７−２１７５９３号公報（第１頁、図１を参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１に示される構成では、吐出側と軸受部とをケーシング外で配管により接続し、インペラを軸支する軸受部に対して、吐出側の高圧となった流体の一部を供給しなくてはならない。このため、流体を軸受部へと導く配管がケーシング外で必要となり、ポンプ装置の大型化は避けられない。
【０００５】
また、流体の中に異物等が混入した場合、軸受部でのシャフトとの隙間はインペラが回転する際にガタが生じない様、精度良く作られる。この為、異物が軸受部に混入した場合には、その隙間に異物が噛み込むことが起こり得る。そして、異物の噛み込みが発生すると、噛み込んだ異物は軸受部の隙間からは容易に排出されなくなる。これが原因で、軸受部に不具合を生じさせ、ポンプ装置の寿命を劣化させるものとなる。
【０００６】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従来の如く装置外部に配管が必要なく、小型化が行えるポンプ装置を提供すること、異物等の混入を防止し、軸受部を保護したポンプ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために講じた第１の手段は、内部に流体室が形成され、該流体室を流れる流体を吸入口より吸入し、吐出口より外部に吐出するポンプハウジングと、内部にステータを有するモータハウジングと、一端が前記ポンプハウジング内に突出してインペラが取り付けられ、他端が前記モータハウジング内で回転自在に軸支されるシャフトと、該シャフトに取り付けられて、前記ステータと対向配置されるマグネットと、前記ポンプハウジングと前記モータハウジングとの間に配設されると共に、前記シャフトを回転自在に軸支する軸受部を有する軸受板とを備えたポンプ装置において、前記軸受板の内部に前記流体室から前記シャフトの周囲へと流体を導く第１流路が形成され、該第１流路は前記流体室に面する開口を備え、該開口と前記軸受部との間を連通する構成としたことを要旨とする。
【０００８】
好ましくは、開口は、ポンプハウジング内で流体の圧力が高圧となる高圧部に形成されると良い。
【０００９】
また、開口にはフィルタを備えると良い。
【００１０】
上記した課題を解決するために講じた第２の手段では、内部に流体室が形成され、該流体室を流れる流体を吸入口より吸入し、吐出口より外部に吐出するポンプハウジングと、内部にステータを有するモータハウジングと、一端が前記ポンプハウジング内に突出してインペラが取り付けられ、他端が前記モータハウジング内で回転自在に軸支されるシャフトと、該シャフトに取り付けられて、前記ステータと対向配置されるマグネットとを備えたポンプ装置において、前記インペラは径方向において第２流路が形成されると共に、該第２流路に連通し、流体を前記シャフトの端部に導く第３流路が前記シャフトに形成され、前記第２流路の流体を導入する導入口にはフィルタが設けられる構成としたことを要旨とする。
【００１１】
好ましくは、第２流路は、インペラのブレードを支持する基部に形成されていると良い。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、流体室からシャフトの周囲へと流体を導く第１流路が軸受板の内部に形成されているため、ポンプ装置の外部に流体を軸受部に対して導く配管は必要なくなる。例えば、同様な流路をモータハウジングの外側に沿って配設した場合に比べると、ポンプ装置全体の小型化が可能となる。したがって、潤滑または冷却を行う為に、モータ内の必要箇所に流体を圧送するための流路を装置内部に形成し、スペース効率よく構成することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、開口はポンプハウジング内の高圧部に面すれば、高圧となった流体の一部を使用して、シャフトおよびモータ側の潤滑または冷却を行うことができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、開口にフィルタを設けたことにより、シャフトの周囲には流体室からの異物の混入が開口に設けたフィルタによって防止することができ、異物混入によるポンプ装置の不具合を防止することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、インペラには径方向において流体を内径へと導く第２流路が形成される。またこの第２流路に連通し、流体を前記シャフトの端部に導く第３流路が前記シャフトに形成されると、流体は第２流路および第３流路を通り、シャフトの端部に導かれ、シャフトの周囲を効率良く冷却または循環を行うことができる。この場合、流体を導入する第２流路の導入口にはフィルタが設けられるので、流体は、インペラの第２流路の導入口に設けられるフィルタを通って、インペラの内径へと導かれ、第３流体からシャフトの端部にまで達する。このとき、第２流路の流体の導入口にフィルタが設けられる為、異物はこのフィルタにより捕集される。また、フィルタはインペラで外径に設けられるので、たとえ、外径に異物があったとしても、異物はインペラの回転によりフィルタに付着することなく遠心力によりインペラの外側に弾き飛ばれるので、フィルタの表面に異物の堆積が発生しない。このため、インペラを回転させるシャフトの軸受部の保護が、簡単な構成により行える。
【００１６】
この場合、第２流路はインペラのブレードを支持する基部に形成されると、流体を移動させる機構を有しない基部を利用して、軸受部の保護をスペース的に有利に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるポンプ装置１０の構成を示す断面図である。ここに示すポンプ装置１０は、一例をあげると車両に適用され、ポンプ装置１０は車両のエンジンルーム内において、エンジンとラジエータ（図示なし）との間で流体（ここでは、冷却水）を循環させるウォータポンプや、エンジンに対して潤滑用の流体（ここでは、オイル）を供給するオイルポンプに適用が可能であって、電動により駆動される。
【００１９】
ポンプ装置１０は、金属から成るポンプハウジング１１と、樹脂から成るモータハウジング１２とで外形が形成されている。ポンプハウジング１１には、流体が供給される流体室１５、及び、流体室１５に流れる流体を吸入する吸入口１１ａ、流体室１５の流体を高圧にしてポンプ装置１０の外部へと吐出する吐出口１５ｃを備える。また、ポンプハウジング１１には、吸入口１１ａと反対側の流体が高圧となる部位（高圧部）３２に流体の一部を導入する開口が形成されている。樹脂製の軸受板１３がポンプハウジング１１とモータハウジング１２との間に配設され、軸方向からその開口を覆う様に配設されている。そして、ポンプハウジング１１と軸受板１３とによってシール性が確保された状態となっている。
【００２０】
軸受板１３には、径方向の中央に軸受孔１３ａと軸受孔１３ａより小径の軸受部１３ｂが形成されている。軸受孔１３ａには大径部と小径部を有するシャフト２１が軸方向から挿通され、シャフト２１の小径部を軸受部１３ｂによって回転自在に軸支した状態で、シャフト２１の小径部の先はポンプハウジング内部に形成された流体室１５の中央に突出した構成となっている。
【００２１】
シャフト２１は、流体室１５と軸受板１３を挟んで反対側に設けられるモータ２０（後述）の一部材となるもので、モータ側の一端がモータハウジング１２の中央に形成された凹部に対して回転自在に軸支され、流体室１５に突出したポンプ側の他端には、インペラ１６が圧入により取り付けられている。インペラ１６は、吸入口１１ａ側から見て、略円形状を呈し、その外径には周方向において複数のブレード１６ａが一体で形成されている。
【００２２】
流体室１５は、円筒状となった吸入口１１ａに連続した第１流体室１５ａと、ポンプ装置１０の作動時に第１流体室１５ａよりも圧力の高い状態となる第１流体室１５ａより外径に形成された第２流体室１５ｂ（高圧部）が形成されている。この場合、流体を吐出する吐出口１５ｃは、流体を吸い込む吸入口１１ａに対して直交平面で、インペラ１６の回転により流体が高圧となって排出される部位に形成されている。
【００２３】
次に、モータ２０の構成について説明する。モータ２０は、モータハウジング１２は凹部が形成されており、その凹部には金属から成る環状積層板が複数重ねられたコア２４が配設される。また、コア２４には、コイル２３が巻回されており、コイル２３が巻かれたコア２４が凹部内に設けられ、モータ２０のステータが形成されており、ステータの凹部表面は樹脂によりモールドされている。
【００２４】
シャフト２１は円柱状の金属から成り、両端に同径の小径部２１ａ，２１ｃが形成され、その間に大径部２１ｂが一体で形成されている。大径部２１ｂは環状のコア２４の内径と所定間隔を保って対向しており、大径部２１ｂには円筒状のマグネット２２が取り付けられている。マグネット２２は、シャフト２１の大径部２１ｂの外周で周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互となった４極の磁石が用いられ、マグネット２２は大径部２１ｂに対し、接着剤または強力なテープ等の粘着手段によって固定され、マグネット２２はシャフト２１と一体回転を行う構成となっている。
【００２５】
シャフト２１は、モータハウジング１２の凹部の中央に形成された軸受部１２ｂに小径部２１ｃが回転自在に軸支され、他方の小径部２１ａは軸受板１３の軸受孔１３ａを貫通し、流体室１５に突出させ、その突出した先端にインペラ１６が取り付けられている。この場合、モータハウジング１２の凹部中央に形成される軸受部１２ｂには、軸受板１３の軸受部１３ｂとでシャフト２１の同軸度を出し、シャフト２１の回転を滑らかにするために、ブッシュがインサート成形されていると良い。
【００２６】
次に、流体の流れる流路について説明すると、モータハウジング１２の内壁１２ａとマグネット２２の軸方向の端部との間には隙間１２ｔが存在する。また、大径部２１ｂの軸方向における端部とモールディングされたモータハウジング１２の内壁１２ａとの間には、径方向に延在したスリット状の隙間１２ｓが凹部表面に形成されている。また、軸受板１３には軸受孔１３ａの内径と小径部２１ａの外周および小径部２１ａと軸受板１３の軸受孔１３ａが形成される軸方向端部との間には、僅かながらの隙間が形成されている。シャフト２１は、軸受板１３とモータハウジング１２により、軸受部１３ｂ，１２ｂによって両持ちで軸支される。
【００２７】
モータハウジング１２と軸受板１３とは、Ｏリング２５を介して接合面でのシール性が保たれて、ポンプハウジング１１と軸受板１３は環状プレートを挟んでシール性が保たれた状態で、ポンプハウジング１１、軸受板１３およびモータハウジング１２はボルト等の締結部材１９により数箇所にて固定されている。
【００２８】
軸受板１３は、ポンプハウジング１１の流体室１５で流体圧力が高圧となる第２流体室１５ｂには、高圧となった流体の一部を内径側へと導く位置に導入口３１ａ（開口）が形成されている。また、軸受板１３の内部には、第２流体室１５ｂからシャフト２１の軸受を行う軸受部１３ｂおよび軸受孔１３ａに、導入口３１ａから連通する流路（第１流路）３１がシャフト２１の小径部２１ａに向けて斜め方向に形成されている。この場合、流路３１はモータハウジング１２と軸受板１３とをシールするＯリング２５が設けられる部位を避けて形成されている。この流路３１は、軸受板１３にシャフト２１に向かって斜め方向に孔を開けるか、若しくは、導入口３１ａの位置から軸受板１３の軸方向（板厚方向）に向かって孔を開けた後に、その反対側であるモータ側の段部（モータハウジング１２のポンプ側の端部）から斜め方向に孔を形成する方法によって形成されている。この流路３１は、導入口３１ａと軸受部１３ｂまで流体を導き、軸受部１３ｂの潤滑および／または冷却を行うと共に、導入口３１ａからの流体の一部を利用して軸受孔１３ａと小径部２１ａとの間に流体を供給し、それを軸受孔１３ａからマグネット２２の外周と内壁１２ａとに形成された隙間を経由して、流体をシャフト２１の外周に対して供給すると共に、シャフト２１の軸受部１２ｂに高圧となった流体の一部を供給するものである。
【００２９】
導入口３１ａに連通し、斜め方向に形成された流路３１ａは、端部がステータを備えたモータハウジング１２の内径端部によって閉塞される。その閉塞される流路端に当たった流体は、斜め方向の流路内では流れが阻止されるので、方向を変えて軸受孔１３ａと小径部２１ａとの隙間へと流れ、シャフト２１の外周に供給されて、軸受部１２ｂのシャフト２１の軸方向端部にまで導かれるものとなる。この場合、シャフト２１に供給する流体の中に異物の混入があると、シャフト２１の回転に不具合を生ずる為に、導入口３１ａには流路３１内への異物の浸入を阻止するためのフィルタ３８が設けられている。
【００３０】
次に、ポンプ装置１０の作動について説明する。
【００３１】
ポンプ装置１０を駆動する図示しないコントローラによって、コイル２３への通電が成されるとポンプ装置１０は駆動を開始する。コイル２３への通電が成されると、シャフト２１の大径部２１ｂに取り付けられたマグネット２２への励磁が切り替わり、その結果、マグネット２２が固定されたシャフト２１が、軸受部１３ｂ，１２ｂに軸支された状態で一体回転すると、シャフト２１に取り付けられたインペラ１６が回転する。このインペラ１６の回転により、ポンプハウジング１１の吸入口１１ａから流体が吸入され、吸入された流体は第１流体室１５ａ内に入る。そして、第１流体室１５ａ内に吸入された流体は、インペラ１６の回転によって、第１流体室１５ａより外径側に設けられた第２流体室１５ｂへと圧送され、その後、ポンプハウジング１１の第２流体室１５ｂ側に形成された吐出口１５ｃからポンプ装置１０の外部（例えば、車両においてはエンジン等）へと吐出される。この一連の流体の流れにより、ポンプ装置１０のポンプ機能が達成される。
【００３２】
本実施形態においては、この様な動作過程の中で、インペラ１６の回転により第１流体室１５ａから圧送された第２流体室１５ｂ内の流体の一部は、吸入口１１ａよりも高圧となった導入口３１ａ付近の流体は、導入口３１ａを介して流路３１内へと流入する。流路３１に導かれた流体は、インペラ１６の回転により圧送され、軸受孔１３ａとシャフト２１との間の間の隙間まで流入すると共に、軸受部１３ｂに供給される。ここで、流路３１は軸受孔１３ａの内径を経由してさらに延在しているが、その斜めに形成された流路３１の末端はモータハウジング１２の内径端部により流れが遮断された状態となっている。それ故に、軸受孔１３ａとシャフト２１との間の隙間に達した流体は、シャフト２１の軸方向に沿って、マグネット２２とステータをモールディングする内壁１２ａとの間の隙間へと流れる。この場合、軸受部１３ｂの内径は軸方向にスリットが形成されていると共に、軸受孔１３ａのモータ側の端部には径方向にスリット１３ｓが複数設けられている。これにより、流路３１ａを通過する流体は、シャフト２１の小径部２１ａの外周およびマグネット２２の外周と内壁１２ａとの間の隙間を滞ることなく流れる。その後、流体はシャフト２１の小径部２１ｃの外周に沿って流れ、シャフト２１の軸受部１２ｂへと導かれる。
【００３３】
ここで、シャフト２１の内部には、中央に軸方向において貫通し、吸入側の第１流体室１５ａに流体を逃がす流路（第３流路）２１ｐが形成されている。この場合、シャフト２１の先端に取り付けられるインペラ１６の先端部には、流路２１ｐから導かれる流体を第１流体室１５ａに逃がす逃がし孔１６ｂが形成されている。従って、シャフト２１の軸受部１２ｂに到達した流体は、シャフト内に形成された流路２１ｐおよびインペラ１６の逃がし孔１６ｂを通って、最終的に第１流体室１５ａまでフィードバックして戻る構成となっている。
【００３４】
以上、第２流体室１５ｂ内の流体の一部が導入口３１ａ、流路３１等を経由して第１流体室１５ａまで流通する一連の過程を説明してきたが、第１流体室１５ａと第２流体室１５ｂとの間の圧力バランスに着目すると、第１流体室１５ａ内の流体がインペラ１６の駆動によって第２流体室１５ｂへと圧送される構成となっていることから、ポンプ駆動時においては、第１流体室１５ａよりも第２流体室１５ｂの方が圧力の高い状態となっている。したがって、第２流体室１５ｂ内に設けられた導入口３１ａから、流路３１を通りモータ２０の内部、そして第１流体室１５ａへと流体は滞ることなく循環される。
【００３５】
この様な構成において、流路３１を軸受板１３の内部にＯリング２５を避けて斜め方向に形成したことによって、潤滑および／または冷却のためにモータ２０内の必要箇所に流体を圧送するという流路の本来の機能は何ら損なわれていない。さらに、高圧側に設けられたフィルタ３８により、内部循環する流体中に含まれる異物等を確実に除去することができ、より高い潤滑性を確保することができるので、ポンプ装置１０の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
図２に第２実施形態を示す。この第２実施形態は、基本的には第１実施形態と同じであり、高圧になった流体をシャフト２１の軸受部まで導き、それを吸入口側に戻す形態が異なるため、第１実施形態と同じ部分の説明は省略し、異なった部分について詳細な説明を行うものとする。
【００３７】
第２実施形態では軸受板１３に流路３１を形成するのではなく、インペラ１６に流路(第２流路)３３を形成した。
【００３８】
インペラ１６は樹脂より成り、中央に金属製のブッシュ１７がインサートされ、インサート成形により作られる。インペラ１６は複数のブレード１６ａとブレード１６ａを支持する基部１６ｃを有する。インペラ１６の基部１６ｃには径方向に向かって流路３３が形成されており、流路３３はブッシュ１７を貫通している。流路３３は吐出口１１ａに比べて高圧となる第２流体室１５ｂの中に形成され、その外径には流路３３内への異物の浸入を防止するフィルタ３５が取り付けられている。
【００３９】
一方、シャフト２１は、インペラ１６に形成された流路３３に連通させるため、径方向に向けて流路(第３流路)３６が形成されていると共に、シャフト１６の中央には軸受部１２ｂの端部から軸方向に流路（第３流路）３７が形成されている。
【００４０】
この様な構成により、図２に示す第２実施形態では、インペラ１６の回転により高圧となった流体の一部を、フィルタ３５を通すことにより、インペラ内部に形成された流路３３へ異物の浸入を防止した上で、流路３３、３６，３７を介して、流体をシャフト２１の中央から軸受部１２ｂに供給し、その後、流体をシャフト２１の周囲およびモータ２０の内壁１２ａに対して供給することにより、シャフト２１を含めたモータ内部の冷却および／または潤滑を図ったものである。この場合、シャフト２１の外周またはモータ２０の内壁１２ａおよび軸受部１２ｂ、１３ｂに対しての流体の供給は、第１実施形態で示した隙間を利用して成される。
【００４１】
この構成によって、効率良く冷却および／または循環を行うことができる。この場合、流体の導入口にフィルタ３５が設けられる為、異物はこのフィルタ３５により捕集される。フィルタ３５はインペラ１６の外径に設けられるので、たとえ、外径に異物が存在したとしても、異物はインペラ１６の回転によりフィルタ３５に付着することなく遠心力によりインペラ１６の外側に弾き飛ばれ、フィルタ３５の表面に異物の堆積が発生しない。このため、インペラ１６を回転させるシャフト２１の軸受部１３ｂ，１２ｂの保護が、インペラ１６の導入口にフィルタ３５を設けるという簡単な構成により行える。
【００４２】
この図２に示す構成において、シャフト２１の中央を流体が通過するときには、金属製のシャフトを用いると、シャフト２１にはマグネット２２が固定されるので、このマグネット２２の磁力により、フィルタを通過した磁性を有する異物は、マグネットの磁力によっても捕集しても良い。また、シャフト２１には軸方向に均一径の孔を形成しているが、絞りをつけても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるポンプ装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態におけるポンプ装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ポンプ装置
１１  ポンプハウジング
１１ａ  吸入口
１２  モータハウジング
１２ｂ，１３ｂ  軸受部
１３  軸受板
１３ａ  軸受口
１５  流体室
１５ａ  第１流体室
１５ｂ  第２流体室（高圧部）
１５ｃ  吐出口
１６  インペラ
１６ｃ  基部
２１  シャフト
２３  コイル（ステータ）
２４  コア（ステータ）
３１  流路（第１流路）
３１ａ  導入口
３３、３５  フィルタ
３６，３７  流路（第３流路）
【図１】
2005061391.tif 000003
【図２】
2005061391.tif 000004